Способ определения зоны возможной просадки грунта Советский патент 1980 года по МПК E02D1/02 

1

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при инженерно-теологических ис- ; следованиях в карстовых районах с целью оценки устойчивости территорий для промышленного и гражданского строительства.

Известен способ исследования естественных и искусственных стационарных и нестационарных полей (электромагнитных, ядерных, полей упру- . гих колебаний и т. п.) l. Возмущающий объект деформирует поле. СраВ нение параметров нормального поля с деформированным позволяет получить определенный объем информации Об исследуемом объекте. Трещины различного происхождения и карстовые полости деформируют стационарные и нестационарные поля достаточно существенно и между ними (т. е. между их размерами и положением в пространстве, с стороны,- и деформациями поля с другой) существуют тесные корреляционные зависимости.

Недостатками этого способа являются низкая точность определения зоны предполагаемой просадки закарстованной территории, трудоемкость и сложность осуществления способа.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является спр- . соб определения зоны возможной просадки грунта, включающий бурение

5 скважин, отбор и исследование проб грунта, определение глубины Зоны возможной просадки грунта 2.

Указанный способ определения зоны возможной просадки грунта заклю0 чается в следующем. На выбранной для исследований площадке сначала бурят глубокие скважины, которыми вскрывают в растворимых породах зону активного развития карста, характеризующуюся проявлениями карста, опасньами для устойчивости площадки (пещеры, пустоты, не заполненные минеральными образованиями). Затем описывают трещиноватость растворимых пород, степень выветренности и разрушенности, параметры карстовых полостей и характер их заполнения, состав заполнителя, после чего вычисляют линейные коэффициенты

25 закарстованности пород и дают оценку степени развития карста по глубине и площади. При этом обязательным условием бурения скважин является необходимость вскрытия скважинами

30 полости или зоны активного развития карста независимо от глубина их зал гания. Поэтому для выявления этих зон-требуется бурение скважин глубиной 100 - 200 м. Имея результаты замеров параметров полостей (наприм высоты), встреченных буровыми скважинами, можно, используя теорию гор ного давления, рассчитать возможные размеры провала. Однако из-за необходимости бурен глубоких скважин осуществление даннего способа очень трудоемко и длительно по времен. Трудоемкость осу ществления способа обусловлена также тем, что необходимо бурить сква, жины достаточно большого диаметра для получения характеристик состояния закарстованности пород и т.. п., что также увеличивает стоимость проходки скважин на 30-50% (в зависимости от диаметра бурения). Кроме того, технология бурения по изве ному способу является сложной, так как должна обеспечивать максимальный выход карна карстующихся пород, не допускать растворения.пород в пр цессе проходки, а также должна вклю чать дополнительные наблюдения за скоростью .бурения, провалов инструмента, наблюдения за исчезновением промывочной жидкости и другие операции. Из-за малой вероятности вскрытия карстовой полости поисковыми скважинами, для обеспечения достаточной точности выявления (вскрытия) закарстованной зоны необходимо проводить бурение скважи пЪ частой сетке, что также увеличивает трудоемкость способа и ведет к его удорожанию. Цель изобретения - повышение производительности путем снижения трудоемкости и сокращения времени на ег осуществление. Поставленная цель достигается тем, что при способе определения зоны возможной просадки грунта, вклю чающем бурение скважин, отбор и иссл -дование проб грунта, оконтуривание зоны возможной пpocaдkи грунта, в rtpoitecce исследования проб грунта в каждой скважине определяют степень длительной ползучести глинистого грунта, оконтуривание зоны возможно просадки грунта производят по скважи , нам с длительной ползучестью глинистого грунта, а глубину просадки находят по формуле :н-сли г,5 где Ч - глубина предполагаемой , просадки грунта, м; oL - угловой коэффициент, зависящий от типа растворимых 1Ород, ИХ трещйнЪбато ти. и от мощности некарсту 1ДИХСЯ породу

767276 |Ь - эмпирический коэффициент, являющийся постоянной величиной для данного типа растворимых пород; I, - максимальный поперечный размер зоны предполагаемой просадки грунта, м. Сдвижение горных пород над карстовой, полостью или трещиной является следствием двух взаимосвязанных и одновременно протекающих процессов деформации ползучести и деформации разрушения пород в зоне концентраций напряжений, образующейся по контуру полости в .процессе ее длительного формирования. В отличие от процессов сдвижения пород над искусственными подземными выработками, по контуру которых глинистые породы начинают разрушаться примерно через 40-100 ч (в зависимости ОТ способа проведения выработок, например, буровзрывного или комбайнового) после начала движения забоя, изменения характера деформирования глинистого грунта над карстовой полостью, формирующейся в течение тысячелетий, происходит замедленно. В предлагаемом способе осуществляют бурение и отбор проб грунта только покровных некарстующихся глинистых пород, которые залегают над карстовыми пустотами. Основываясь на том, что просадке грунта всегда предшествуют макро- и микротекстурные изменения глинистых покровных пород, определяют стадию длительной ползучести глинистого грунта, которая и характеризует зону предполагаемой просадки грунта. Определение стадии длительной ползучести глинистого грунта проводят визуально и с помощью микроскопов при 100 - 10000 - кратном увеличении. Степень и характер длительной ползучести глинистого грунта зависят от его консистенции. В процессе деформирования грунта развиваются три стадии ползучести: неустановившейся ползучести, стационарного течения, прогрессирующего деформирования с разрушением грунта. На фиг. 1 представлены графики зависимости глубины воронок, наблюдаемых в районе изысканий, от их максимального диаметра для известняков J на фиг. 2 - то же, для гипсов и ангидридов. Пример. Проводились опрееления зон предполагаемой просадки грунта по предложенному способу на проектируемом шламохранилище четвертого Березниковского калийного завода в период с сентября 1977 г по апрель. 1978 г. Сначала в районе, где предполагаось наличие подземных карстовых пустот, бурились скважины начальным диаметром более 168 мм с отбором монолитов глинистых грунтов. Глубина развития карста от 100 и до 180 м от повер ности земли. Скважины бу ились глубиной 25-40 м на полную мощность покровных глинистых грунтов. Затем по отобранным из скважин монолитам глинистых грунтов изучались макрои микротекстурные изменения на обычном поляризационном и сканирукяцем микроскопах при увеличениях в 100 10000 раз.

В отдельных монолитах обнаружено, что на некоторых участках уже имели Место деформации глинистых пород,видимые невооруженным глазом.На других участках микроскопическими исследованиями в глинах обнаружены зоны микротрещин, вид и характер которых зависит от степени агрегированности глин их минерального состава и от стадии длительной ползучести глин.

С целью оценки изменений, происходящих в грунтах в процессе ползучести, проводились петрографические исследования шлифов монолитов глинистых грунтов при увеличениях в 100 10000 раз. Сопоставление данных этих исследований позволило проследить за изменениями структуры грунтов в процессе их деформирования в зависимости от стадий ползучести. На первой стадии неустановившейся ползучести существенных изменений структуры грунтов не отмечалось, однако на контактах отдельных агрегатов при увеличениях в 1000 раз наблюдалис отдельные микротрещйны. На этой стади развиваются преимущественно упругие и восстанавливакидиеся во времени деформации. В отдельных ишифах отмечено восстановление частично разрушившихся связей, а также частичное заилечивание дефектов структуры грунтов, что связано с уменьшением CKOpdcти деформирования- во времени. На второй стадии ползучести, стационарного течения, происходящей практически с постоянной скоростью, основное значение приобретают необратимые пластические деформации, которые предшествуют разрушению грунтов, как бы подготавливают его. На этой стадии наблюдаются заметные изменения структуры грунтов, выражающиеся в дробле|Нии агрегатов глинистых и пылеватцх частиц, в ориентации глинистых частиц вдоль направления действующего напряжения, что в дальнейшем облегчает деформирование грунтов, В то же время процесс разрушения структуры компенсируется восстановлением связей и закрытием микротрещин наступает как бы равновесие.

На третьей стадии, прогрессирующего деформирования, протекающей с возрастающей скоростью, разрушение структуры преобладает над ее воестановлением. В шлифах прослеживается, как наряду с дальнейшей переориентацией частиц появляются зоны микротрещин, вытянутых вдоль ориентированных агрегатов и частиц. Постепенное увеличение и объединение внутренних микротрещин приводит к формированию поверхностных трещин, что влечет за собой нарушение сплошности тела.

По скважинам со стадией длительной ползучести глин были оконтурены зоны предполагаемых обвальных сводов для чего на выявленных участках нарушенных глин сетка скважин сгущена до 50 X 50 м, а глубина скважин уменьшена до 15 - 20 м. Оконтуренные зоны в плане имели округлую или близкую к эллипсу форму. Поэтому для Дсшьнейших расчетов величины просадки (глубины провала) принимался максимальный диаметр { L ) ожидаемого провала.

Определения глубины провала ( Н ) выполнялись по линейному закону, описываемому формулой

H-ciL l,

где t - максимальный диаметр обвального свода, м, cL - угловой коэффициент, зависящий от типа растворимых пород, их трещиноватости и ОТ- мощности некарстующихся пород, определяется по эмпирическим графикам, составляемым по данным наблюдений эа карстовыми провалами и просадками, jb - эмпирический коэффициент, являющийся постоянной величиной для данного типа растворимых пород. Параметры оС и (Ъ определяют по эмпирическим графикам зависимости глубины воронок, наблюдаемых в район изысканий, от их максимального диаметра (фиг. 1 и 2). Графики строятся по значениям пар наблюдений (глубина и диаметр) по каждой воронке дл определенных типов растворимых пород известняков (фиг. 1), гипсов и ангидридов (фиг. 2). При этом на графиках фиксируется рассеяние замеров, которое зависит от трещиноватости пород и мощности пород, слагающих сводовую часть над карстовой полостью. Поэтому для уменьшения влияния рассеяния замеров при статистической и графической обработке замеров проводят анализ мощности и трещиноватости пород, после чего строят графики для зон. развития карста с мощностью покровных пород над карстом до 50 м (фиг. 1, график 2 и фиг. 2, график 4) и более 50 м (фиг. 1, график 1 и фиг. 2, график 3 Угловой коэффициент о , определяемы ПО гpaфикaм численно равен тангенс угла Ч , образуемому графиком и ос абсцисс OT lca;«j tb t :HMa -пбрбд и да ных геологических условий. Параметр |р также определяется п графикам (фиг.,1 и 2).является вели чиной постоянно для данного типа пород и конкретных геологических ус ловий. . В случаях,когда рассеяние замеро пар наблюдений на существующих карстовых воронках незначительное и прёдстайляется возможность выразить замеры в виде уравнения регрессии б бДёнкй значимости отклонений замеро бт: линейного закона, максимальная ожидаемая глубина просадки поверх ностй земли определяется нёпбсрёдственно по графикам в зависимости о замеренного максимального попёрёчного размера зоны предполагаемой просадки. По п&лученным в результате выполненных операций результатам строят карату закарстованНого уча-стка, на которой показывают распространение осипредполагаемой просадки на поверхности земли и максимальную глубину просадки. На основании ана; лиэа картыи в зависимости от типа проектируемого инженерного-соору Жёнйй дают рекомендации по выбору наиболее благоприятного размещения сбо:руж ния и типа фундаментов. Эллипс рассеив.ания точек на эмпирических графиках показывает, что одному значениюглубины ожидаемого провала могут соответствовать несколько ; значений их диаметра,. П15Й этом крайние значения диаметра могу обличаться на 5 - 15 м. Рассеяние з меров завИсит от типа растворимых пород и мощности пород, залегающих 1Га2Г;{Шр:с№6вШ1й прлостями. Влияние . перечисленных факторов при опре Делении глубины ожидаемого провала можно уменьшить; приняв для расчето максимальный диаметр ( L, ) провала.. - . - ИсйбЛьзоМаГййе предлЖгаёмЬго способа определения зон предполагаемой просадки грунта на закарстованных

8 территориях с поверхности по сравнению с известными способами позволяет сократить в 3 - 4 раза глубину разведочных скважин, сократить в 3 - 4 раза время на выполнение изысканий в закарстованных районах, а также снизить трудоемкость в 5 - б раз и получить экономию в сумме 300000 руб. в год. Формула изобретения Способ определения зоны возможной просадки грунта, включающий бурение скважин, отбор и исследование проб грунта, оконтуривание зоны просадки грунта, о тли ч а ю щ и й- с я. тем, что, с целью повышения производительности путем снижения трудоемкости и сокращения времени на его осуществление, в процессе исследования проб грунта в каждой скважине определяют степень длительной ползучести глинистого грунта, оконтуривание зоны возможной просадки грунта производят по скважинам с длительной ползучестью глинистого грунта, а глубину просадки находят по формуле H--dL-H%, глубина просадки грунгдета, м; oL - угловой коэффициент грунта; Р - эмпирический коэффициент грунта Ь - максимальный поперечный размер зоны просадки грунта, м. Источники информации, , принятые во внимание при экспертизе 1.Методические указания по определению трещинрвать1х и закарстованных зон с поверхности и на горных выработках. Белгород, Виоген, 1968, с. 923. 2.Рекомендации по инженерно-геологическ:им изысканиям и оценке территорий для промышленного и гражданского строительства в карстовых районах СССР. М., ПНИИИС, 1967, с. 18.

Дианетр Воронки

(Put. г